旱区连作砂田土壤质量和土地生产力演变与调控研究进展

砾石覆盖在改变旱区水文循环和物质转化方面有着至关重要的作用。然而,长期连作给砂田土壤质量及土地生产力带来危机和不确定性。以连作砂田为研究对象,归纳总结了连作年限对砂层质地结构、土壤物理结构、土壤水盐热效应、土壤养分状况、土壤酶活性、土壤微生物特性、作物生长发育以及产量品质的影响效应和可能机制,发现砂田土壤生态环境和土地生产力在人类活动及自然侵蚀的扰动和破坏下整体呈现退化态势,但对不同覆盖条件、施肥水平和种植结构等农田管理措施的响应过程表现出差异性。继而,基于土壤质量和土地生产力的协同和互作效应深入揭示了砂田性能逐年退化机理,并简述了生物、农业及工程调控措施在砂田退化阻控和修复方面的应用进展。在此基础上,提出了砂田退化进程中急需解决的关键科学问题和未来发展方向,主要包括土壤质量演变的基本过程及其发生机制、“砾石-土壤-微生物-植物”系统的叠加和互作效应及其分子机理、土壤改良与生物防治措施的定量化及其调控机制三个方面。在气候变化、植被演替和土地退化背景下,废弃风化砾石的劣化增肥机制及其环境效应将是今后研究的重点。

小麦-玉米“吨半粮”高效栽培技术及其应用

小麦-玉米“吨半粮”高效栽培技术通过创新并优化集成麦-玉周年生产品种优选搭配、耕层优化、高产群体构建、水肥精准调控等关键技术,配套地力培肥、植保、机械作业等技术,实现周年产量1500 kg/667m 2及以上高产,有力带动大面积中低产田产能提升,大幅度提高粮食单产。

化肥减量下有机肥配施土壤调理剂和生物菌肥对玉米连作土壤的生态修复效应

河西走廊玉米制种田连作障碍影响逐年加剧,如何有效缓解连作障碍、提升耕地质量和生产力是目前亟待解决的问题。采用田间随机区组设计,在连作18年的玉米制种田,以100%传统施化肥(N 375.0 kg/hm~2、P_(2)O_(5)150.0 kg/hm~2、K_(2)O 120.0 kg/hm~2)+有机肥15000.0 kg/hm~2为基础,设置对照CK(70%化肥+有机肥)、T1(70%化肥+有机肥+土壤调理剂)、T2(70%化肥+有机肥+生物菌肥)、T3(70%化肥+有机肥+土壤调理剂+生物菌肥)共4个处理,研究化肥减量30%配施有机肥、生物菌肥和土壤调理剂对玉米制种田连作土壤理化性质、微生物种群变化和土壤酶活性及产量的影响。结果表明,不同处理对制种玉米长期连作土壤的生态修复效应不同。T1、T2、T3较CK处理对土壤碱解氮、有效磷、速效钾影响不明显,T2和T3处理与CK比较,土壤容重和pH显著降低,土壤总孔隙度、团聚体和饱和持水量显著增加,土壤有机质、有机碳和供碳量显著增加,土壤阳离子交换量、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性显著增加,真菌显著减少,而细菌和放线菌显著增加。T1、T2、T3与CK处理比较,对玉米茎粗、穗粒数和千粒重有一定影响。其中T2和T3处理的茎粗显著增加13.28%和17.84%;穗粒数显著增加13.32%和17.22%;千粒重显著增加3.53%和4.07%;产量显著增加9.91%和11.45%。本试验条件下T3处理对玉米制种田连作土壤生态修复和增产效果最佳。

根际与根内细菌非同步响应玉米连作效应研究

【目的】探究不同连作年限玉米根际、根内细菌群落结构与功能及根际、根内细菌对连作效应的响应机制。【方法】以不同连作年限(1、5、15年)制种玉米田为研究对象,测定土壤理化性质,同时采用高通量测序技术分析根际与根内细菌多样性变化、群落组成特征及群落功能。【结果】与连作1年相比,连作5年和15年的土壤容重、全磷、全氮、速效磷、速效氮和pH显著增加,总孔隙度、全钾、速效钾及有机质含量显著下降(P<0.05)。玉米根际、根内细菌多样性与网络复杂程度降低;根际酸杆菌门(Acidobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、浮霉菌门(Planctomycetes)与芽单胞菌门(Gemmatinonadota)相对丰度下降,绿弯菌门(Chloroflexi)与放线菌门(Actinobacteriota)相对丰度增加,有益微生物硝化螺旋菌属(Nitrospira)、鞘氨醇单胞属(Sphingomonas)、溶杆菌属(Lysobacter)、Haliangium及Bryobacter相对丰度总体减小;根内变形菌门相对丰度增加,厚壁菌门、拟杆菌门与放线菌门相对丰度下降,根内有益假单胞菌属(Pseudomonas)、鞘氨醇单胞属、黄杆菌属(Flavobacterium)、根瘤菌属(Rhizobium)与泛菌属(Pantoea)相对丰度总体下降。此外,随着连作年限增加,根际细菌抗生素类生物合成、氨基酸生物合成、脂肪酸合成、C5二元酸代谢、硫辛酸代谢、泛酸盐和辅酶A生物合成、肽聚糖生物合成、D-丙氨酸代谢、脂多糖生物合成、细胞循环以及硫传递系统的相对丰度均降低。根内氨基酸生物合成、泛酸生物合成、万古霉素生物合成、泛酸盐和辅酶A生物合成、肽聚糖生物合成、链霉素生物合成、硫辛酸代谢、丙氨酸盐与谷氨酸代谢的相对丰度总体降低,安沙霉素的生物合成、酮体合成与降解、细菌趋化性和C5二元酸代谢的相对丰度总体增加。【结论】制种玉米连作显著提高了土壤氮、磷含量和土壤容重、pH,降低了总孔隙度、有机质和速效钾含量,影响了根际与根内细菌群落组成与功能,导致根际、根内细菌多样性和复杂性下降,细菌总功能降低,根际细菌群落的变化大于根内。

长期定点施肥对制种玉米土壤理化性状及重金属含量的影响

利用制种玉米长期定点施肥试验,研究不同种植年限制种玉米田土壤物理化学性质和土壤重金属含量的变化,评价制种玉米田重金属的污染程度。结果表明,随着种植年限增加,制种玉米田容重变化值较小,孔隙度适中;土壤pH值升高;土壤有机质、全P、全K、碱解氮、速效钾均呈现先增加后下降的趋势;速效磷含量增加。土壤中铜、锌、锰、铁、铅与铬6种重金属都没有超标,而重金属镉严重超标。在河西走廊制种玉米种植区,在现有施肥模式下,制种玉米连作可使土壤物理性状改善,土壤pH值升高,土壤养分呈现先增加后下降的趋势;速效磷总体水平偏高;养分间水平不均衡;重金属镉严重超标,制种玉米对重金属的富集能力较低。应调整施肥模式以进行种子安全生产。

不同连作年限对玉米制种产量及其农艺经济性状的影响

田间试验表明,玉米制种产量及其母本农艺经济性状随连作年限的延长呈递减、降低趋势。连作3～5年的产量递减率低,达1.24%～3.50%,农艺经济性状降低不明显;连作5年以上递减幅度逐年加大,农艺经济性状降低趋势明显,其中连作7～10年的产量递减率达6.75%～9.36%。导致减产的主要原因是连作年限延长影响玉米的生长发育,降低了穗粒数和千粒重。生产上制种玉米连作5年以下是可行的,长期连作必须加强地力培肥和土壤消毒灭菌。

连作对玉米制种田土壤养分和土壤酶活性的影响

通过对河西走廊玉米制种田不同连作年限土壤样品的采集和测试分析,研究了连作对玉米制种田土壤养分及土壤酶活性的影响。结果表明:随着连作年限的延长,灌淤旱耕人为土和盐积潮湿变性土pH均在升高,而有机质含量均呈先下降后上升的趋势,碱解氮含量均呈增加趋势,而速效磷含量先上升后下降并且两类土均在连作5年达到最大值,速效钾含量均呈下降趋势;灌淤旱耕人为土和盐积潮湿变性土脲酶活性均呈先上升后下降的趋势,两类土分别在连作5年和3年达到最大值;蔗糖酶活性先下降后上升,两类土分别在连作5年和3年降为最低,而过氧化氢酶活性在灌淤旱耕人为土上先下降后上升,在盐积潮湿变性土上呈缓慢上升趋势;同一连作年限,灌淤旱耕人为土脲酶活性、过氧化氢酶活性高于盐积潮湿变性土;相关性分析表明,灌淤旱耕人为土脲酶活性与速效磷含量,蔗糖酶活性与有机质含量呈显著正相关;盐积潮湿变性土过氧化氢酶活性与碱解氮含量呈极显著正相关,与速效磷和速效钾含量呈显著负相关。

信都红籽瓜重茬瓜田防病稳产技术研究

针对红籽瓜生产上连作重茬引起的病害难题,1999—2003年设立了为期4年的“信都红籽瓜重茬优质增产技术研究”项目,进行了嫁接育苗栽培、地膜覆盖栽培及绿亨1号、移栽灵、NEB和肥力高等药剂或生物肥料在红籽瓜上的应用试验研究。结果表明,重茬红籽瓜通过种子、土壤消毒,配合嫁接育苗与地膜覆盖栽培,增施有机肥和生物肥,合理选择对口药剂防治,可有效解决或缓解红籽瓜重茬病害问题,达到增产稳产的目的。

贵州省烤烟产区2年连作制度下土壤杂草种子库变化特征

为明确贵州当前烤烟种植制度下烟田土壤杂草种子库的特征与变化趋势,预测田间杂草发生、消长及演替规律,指导烟田杂草综合防控,采用直接萌发法,对贵州不同生态区域烟田土壤杂草种子库进行研究。结果表明:在2年连作烤烟田,土壤杂草的种子库密度和物种数均呈下降趋势,其中,种子库密度下降明显,降比达34.03%。对于单个物种而言,马唐和辣子草等优势杂草的种子密度相对稳定,通泉草和藜等杂草的种子密度呈上升趋势。相同区域同一种植制度下,田间杂草管理措施是干扰杂草种子库变化的主要原因,且烟田杂草种子库密度垂直分布相对保持一致,对各土层杂草种子密度分布的影响不大。各地区土壤杂草出苗主要以第一次萌发为主,前2次土壤杂草种子萌发占杂草萌发数量的96%以上。贵州烟田田间杂草防控的关键时期在5月下旬至6月上旬。

不同植烟模式对土壤有机质和细菌数量及酶活性的影响

通过连续3年的田间定位试验,对济源烟区白菜制种接茬烟田与冬闲连作烟田和轮作烟田进行了比较,分析了土壤有机质含量、细菌数量及酶活性(土壤淀粉酶、蔗糖酶和纤维素酶)等土壤健康相关指标,并调查了相应的烤烟植物学性状和根茎病害发病情况。结果表明,接茬烟田和连作烟田的土壤除成熟期的蔗糖酶之外,其他上述土壤健康相关指标多数显著低于轮作烟田;与连作烟田相比,接茬烟田土壤蔗糖酶、淀粉酶活性各时期低于连作烟田,仅团棵期时土壤有机质含量、细菌数量和纤维素酶活性稍高于连作烟田;接茬烟田与连作烟田无显著差异,其植物学性状差,烟草黑胫病、根黑腐病和根结线虫病发病重,而轮作烟田烟株发育好,根茎病害发病轻。综合评价认为,白菜制种接茬烟田和冬闲连作烟田土壤均处于亚健康状态。为了改善白菜制种田接茬烟草的品质和抗性,修复接茬烟田土壤健康是非常必要的。

小麦―玉米连作体系的玉米免耕精量播种机设计

根据黄淮海小麦―玉米连作高产区的种植特点,针对小麦收获后秸秆覆盖的地表进行玉米播种时的麦草壅堵、播深不稳定、漏播率、晾种率高等问题,研发2BYJ―4A型玉米免耕精量播种机。该机可一次完成苗带清整、开沟、施肥、精量播种、覆土镇压等工序。设计苗带清整及防堵装置,创造播种条件并保证机具通过性;采用四杆仿形机构,保证播深一致性;采用勺轮式排种器,实现精量播种,保证空穴率小于2%;设计一体式施肥播种开沟器,实现播种和施肥分层实施。田间试验表明,该播种机作业性能达到设计要求。

水盐胁迫条件下制种玉米水盐生产函数参数的推求

为了探究作物产量与水盐胁迫之间的关系,在石羊河流域开展制种玉米咸水非充分灌溉试验,引入作物水盐生产函数,利用田间实测资料推求作物水盐生产函数的参数,并对作物水盐生产函数的参数进行了率定和验证。研究表明,在参数率定与验证过程中,制种玉米各生育阶段的蒸散量和产量的实测值与模拟值吻合较好,各试验处理蒸散量的RMSE均在10 mm以下,蒸散量的MRE均在25%以内,产量的RMSE均在800 kg/hm2以下,产量的MRE均在15%以内,均在允许误差范围之内;率定与验证得到的作物水盐生产函数的参数分别为b=6.72、ky1=0.43、ky2=0.82、ky3=1.41、ky4=0.65、ky5=0.24。产量影响因子参数ky较好地反应了不同生育阶段水盐胁迫对制种玉米产量影响的敏感性。率定参数后的作物水盐生产函数能够较好地模拟研究区水盐胁迫条件下制种玉米的蒸散量和产量。研究结果可为研究区制种玉米咸水非充分灌溉制度的制定提供依据。

杂交稻春秋两季连作制种技术

结合建宁县溪口镇多年发展杂交稻春秋两季连作制种模式的生产实践,分析溪口镇发展春秋两季连作制种模式的优势条件,总结其高产制种的成功经验。

制种玉米连作对土壤氮组分含量及根腐病发病的影响

为探究制种玉米连作根内微生物、土壤氮素与根腐病发病率间的相关关系,采用大田试验及高通量测序技术,以不同连作年限(5、10、15、20、25年)制种玉米田为研究对象,未种植玉米的地块为对照(CK),调查玉米根腐病发病率,测定玉米根部内生菌与土壤不同形态氮素含量。结果表明,与对照(CK)比较,连作25年的地块土壤全氮含量显著降低,至0.72 g/kg;铵态氮含量显著升高,至72.97 mg/kg;而硝态氮与水解氮含量呈现先增加后下降趋势。5个连作地块的酸解氮、水解氮和铵态氮含量均显著增加,氨态氮含量显著下降;除连作5年外,其余4个连作地块的氨基酸态氮含量显著增加,全氮、非酸解氮和氨基糖态氮含量显著下降(P<0.05)。连作显著降低根内微生物多样性与丰富度(P<0.05)。在属水平,制种玉米根内优势细菌13个属,其中假单胞菌属(Pseudomonas)、根瘤菌属(Rhizobium)、鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)、地杆菌属(Pedobacter)与泛菌属(Pantoea)丰度最高;优势真菌10个属,其中隔孢伏革属(Peniophora)、曲霉属(Aspergillus)、裂褶菌属(Schizophyllum)与单孢平霉属(Phialemoniopsis)丰度最高。连作对制种玉米根内细菌与真菌属的类型变化无显著影响,但连作改变了根内细菌与真菌属的相对丰度。此外,制种玉米根腐病发病率均显著上升,根腐病发病率与土壤酸解氮、氨基酸态氮、水解氮、铵态氮及硝态氮含量均呈极显著正相关(P<0.01),与土壤全氮、非酸解氮含量却呈极显著负相关(P<0.01);根腐病发病率与镰刀菌属、曲霉属的相对丰度均呈显著正相关(P<0.05)。综上,制种玉米连作生产中土壤有效态氮,特别是酸解氮和非酸解氮的含量与优势病原菌的相对丰度、根腐病发病率均呈显著正相关(P<0.05),可用来准确地预测玉米根腐病的发生。